C++分析——多态与虚函数 virtual

比眉伴天荒 2022-06-06 00:59 195阅读 0赞

*  C 虚函数的继承关系
    
     *  基类Test\_virtual\_A
     *  派生类Test\_virtual\_B
     *  派生类Test\_virtual\_C
     *  实现函数
        
         *  Test\_virtual\_A类自己调用
         *  Test\_virtual\_A类派生Test\_virtual\_B类
         *  Test\_virtual\_A类派生Test\_virtual\_C类
         *  Test\_virtual\_B类派生Test\_virtual\_C类
     *  析构虚函数
     *  纯虚函数
        
         *  带有纯虚函数的基类Test\_virtual\_A
         *  派生类Test\_virtual\_B
         *  派生类Test\_virtual\_C
     *  实现函数
        
         *  Test\_virtual\_A类为指针指向Test\_virtual\_B类
         *  Test\_virtual\_A类派生Test\_virtual\_C类
         *  Test\_virtual\_B类为指针指向Test\_virtual\_C类
         *  Test\_virtual\_C类自己创建对象

在类的函数前面加上 virtual即为虚函数，当基类的函数加上virtual时，表示该函数为虚函数，当子类对父类进行继承的时候，可以直接利用父类的虚函数的方法，也可以自己重新编写该函数的方法。

# C++ 虚函数的继承关系 #

只有在父类的函数定义成为了虚函数后，子类才可以对该函数的功能进行改写，如同同类里的重载一样，不过不需要有传参类型不同的限制。没有加虚函数符号的函数只能使用父类现有的方法。

虚函数的源码示例

## 基类：Test\_virtual\_A ##

class Test_virtual_A
    {
    public:
        Test_virtual_A()
        {
            std::cout << __func__ << " Init " << std::endl;
        }       
        virtual ~Test_virtual_A()
        {
            std::cout << __func__ << " close" << std::endl;
        }
        void Test_func1()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }
        virtual void Test_func2()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }
        void Test_func3()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }
        void Test_func4()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }       
    };

## 派生类Test\_virtual\_B ##

class Test_virtual_B : public Test_virtual_A
    {
    public:
        Test_virtual_B()
        {
            std::cout << __func__ << " Init " << std::endl;
        }       
        ~Test_virtual_B()
        {
            std::cout << __func__ << " close" << std::endl;
        }
    
        void Test_func1()
        {
            std::cout << "Test_virtual_B " << __func__ << std::endl;
        }
        void Test_func2()
        {
            std::cout << "Test_virtual_B " << __func__ << std::endl;
        }
        virtual void Test_func3()
        {
            std::cout << "Test_virtual_B " << __func__ << std::endl;
        }   
    };

## 派生类Test\_virtual\_C ##

class Test_virtual_C : public Test_virtual_B
    { public: Test_virtual_C() { std::cout << __func__ << " Init " << std::endl; }       
        ~Test_virtual_C()
        { std::cout << __func__ << " close" << std::endl; }
        void Test_func1()
        { std::cout << "Test_virtual_C " << __func__ << std::endl; }
        void Test_func2()
        { std::cout << "Test_virtual_C " << __func__ << std::endl; }
    };

## 实现函数 ##

### Test\_virtual\_A类自己调用 ###

Test_virtual_A *p = new Test_virtual_A;
    
        p->Test_func1();
        p->Test_func2();
        p->Test_func3();
        p->Test_func4();
    
        delete p;
        p = NULL;

执行结果

Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_A Test_func1
    Test_virtual_A Test_func2
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_A close

### Test\_virtual\_A类派生Test\_virtual\_B类、 ###

Test_virtual_A *sp = new Test_virtual_B;
        sp->Test_func1();
        sp->Test_func2();
        sp->Test_func3();
        sp->Test_func4();
    
        delete sp;
        sp = NULL;

执行结果

Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_B Init 
    Test_virtual_A Test_func1
    Test_virtual_B Test_func2  //虚函数体现
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close

**对于来Test\_virtual\_B类说，自己virtual void Test\_func3()声明为虚函数，但在其继承的父类Test\_virtual\_A中不是虚函数，因此只能使用父类Test\_virtual\_A的方法。**

### Test\_virtual\_A类派生Test\_virtual\_C类 ###

Test_virtual_A *rp = new Test_virtual_C;
        rp->Test_func1();
        rp->Test_func2();
        rp->Test_func3();   
        rp->Test_func4();
    
        delete rp;
        rp = NULL;

执行结果

Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_B Init 
    Test_virtual_C Init 
    Test_virtual_A Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2  //虚函数体现
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_C close
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close

### Test\_virtual\_B类派生Test\_virtual\_C类 ###

Test_virtual_B *tp = new Test_virtual_C;
        tp->Test_func1();
        tp->Test_func2();
        tp->Test_func3();   
        tp->Test_func4();
    
        delete tp;
        tp = NULL;

执行结果

Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_B Init 
    Test_virtual_C Init 
    Test_virtual_B Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2  //虚函数体现
    Test_virtual_B Test_func3  //虚函数体现
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_C close
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close

在基类Test\_virtual\_A中，只有函数virtual void Test\_func2()被定义为虚函数，继承的类Test\_virtual\_B中，函数Test\_func2没有定义虚函数的符号，但Test\_virtual\_B派生出的Test\_virtual\_C的Test\_func2函数却实现了虚函数的特点，因此基类声明的虚函数，即使不再使用virtual虚函数关键字修饰该函数，在其派生类中也是虚函数。虚函数有多重继承的关系。 由于虚函数具有多重继承的关系，虽然可以在派生类中间定义虚函数，但会打乱函数的关联性，因此尽量在基类就订好哪个函数是虚函数，为后面的派生类进行规划。

## 析构虚函数 ##

在上一节的Test\_virtual\_A中，虚构函数也被定义为虚函数virtual ~Test\_virtual\_A()，若没有定义为虚函数，那么上面的运行就会变成以下结果。

$ ./project.o 
    Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_A Test_func1
    Test_virtual_A Test_func2
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_A close
    Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_B Init 
    Test_virtual_A Test_func1
    Test_virtual_B Test_func2
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_A close         // Test_virtual_A类派生Test_virtual_B类
    Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_B Init 
    Test_virtual_C Init 
    Test_virtual_A Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_A close         //Test_virtual_A类派生Test_virtual_B类
    Test_virtual_A Init 
    Test_virtual_B Init 
    Test_virtual_C Init 
    Test_virtual_B Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2
    Test_virtual_B Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_B close         //Test_virtual_A类派生Test_virtual_B类
    ~Test_virtual_A close
    $

**类结束后没有调用自身的析构函数，而是只调用了继承的父类的析构函数，所以需要在析构函数中加上virtual。**

## 纯虚函数 ##

父类定义的虚函数还可以有自己的实现方法，但如果定义为纯虚函数，则将方法去掉，只定义方法的接口，方法的实现完全由所派生的子类去实现，因此其本身不能被直接调用，只能被继承，本身作为一个接口规范去派生子类。因此在写纯虚函数的基类的时候尽量将所有的方法都写成纯虚函数，纯粹作为一个接口的定义标准。  
修改上一节的Test\_virtual\_A类，将Test\_func1定义为虚函数，虚函数写法：  
virtual void Test\_func1() = 0;

基类函数Test\_virtual\_A如下所示，与上一节不同的是，这个类添加了带参数的构造函数。

### 带有纯虚函数的基类Test\_virtual\_A ###

class Test_virtual_A
    {
    public:
        Test_virtual_A()
        {
            std::cout << __func__ << " Init " << std::endl;
        }
        Test_virtual_A(int a,int b)
        {
            std::cout << __func__ << " Init a = " << a << " b = " << b << std::endl;
        }
        virtual ~Test_virtual_A()
        {
            std::cout << __func__ << " close" << std::endl;
        }
        virtual void Test_func1() = 0;
    
        virtual void Test_func2()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }
        void Test_func3()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }
        void Test_func4()
        {
            std::cout << "Test_virtual_A " << __func__ << std::endl;
        }       
    };

### 派生类Test\_virtual\_B ###

这个类有两个继承

class Test_virtual_B : public Test_virtual_A,public Test_inline
    { public: Test_virtual_B():Test_virtual_A(3,5),Test_inline(6,7) { std::cout << __func__ << " Init " << std::endl; }
        Test_virtual_B(int a,int b):Test_virtual_A(a,b),Test_inline(a,b)
        { std::cout << __func__ << " Init a = " << a << " b = " << b << std::endl; }
        ~Test_virtual_B()
        { std::cout << __func__ << " close" << std::endl; }
    
        void Test_func1()
        { std::cout << "Test_virtual_B " << __func__ << std::endl; }
        void Test_func2()
        { std::cout << "Test_virtual_B " << __func__ << std::endl; }
        virtual void Test_func3()
        { std::cout << "Test_virtual_B " << __func__ << std::endl; }   
    };

### 派生类Test\_virtual\_C ###

与上一节不同的是，这次去掉对Test\_func1的重载。

class Test_virtual_C : public Test_virtual_B
    { public: Test_virtual_C():Test_virtual_B(5,6) { std::cout << __func__ << " Init " << std::endl; }
        Test_virtual_C(int a,int b):Test_virtual_B(a,b)
        { std::cout << __func__ << " Init a = " << a << " b = " << b << std::endl; }
        ~Test_virtual_C()
        { std::cout << __func__ << " close" << std::endl; }
        void Test_func2()
        { std::cout << "Test_virtual_C " << __func__ << std::endl; }
    };

## 实现函数 ##

### Test\_virtual\_A类为指针指向Test\_virtual\_B类。 ###

Test_virtual_A *sp = new Test_virtual_B(15,36);
        sp->Test_func1();
        sp->Test_func2();
        sp->Test_func3();
        sp->Test_func4();
    
        delete sp;
        sp = NULL;

执行结果

$ ./project.o 
    Test_virtual_A Init a = 15 b = 36
    Test_virtual_B Init a = 15 b = 36
    Test_virtual_B Test_func1
    Test_virtual_B Test_func2
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close
    $

### Test\_virtual\_A类派生Test\_virtual\_C类。 ###

Test_virtual_A *rp = new Test_virtual_C;
        rp->Test_func1();
        rp->Test_func2();
        rp->Test_func3();   
        rp->Test_func4();
    
        delete rp;
        rp = NULL;

执行结果

$ ./project.o 
    Test_virtual_A Init a = 5 b = 6
    Test_virtual_B Init a = 5 b = 6
    Test_virtual_C Init 
    Test_virtual_B Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2
    Test_virtual_A Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    ~Test_virtual_C close
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close
    $

### Test\_virtual\_B类为指针指向Test\_virtual\_C类 ###

Test_virtual_B *tp = new Test_virtual_C(49,68);
        tp->Test_func1();
        tp->Test_func2();
        tp->Test_func3();   
        tp->Test_func4();
        cout << "Max is " << tp->Max() << endl;
    cout << "Min is " << tp->Min() << endl;
    
        delete tp;
        tp = NULL;

执行结果

$ ./project.o 
    Test_virtual_A Init a = 49 b = 68
    Test_virtual_B Init a = 49 b = 68
    Test_virtual_C Init a = 49 b = 68
    Test_virtual_B Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2
    Test_virtual_B Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    Max is 68
    Min is 49
    ~Test_virtual_C close
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close
    $

### Test\_virtual\_C类自己创建对象 ###

Test_virtual_C *cp = new Test_virtual_C(57,98);
        cp->Test_func1();
        cp->Test_func2();
        cp->Test_func3();
        cp->Test_func4();
        cout << "Max is " << cp->Max() << endl;
        cout << "Min is " << cp->Min() << endl;
    
        delete cp;
        cp = NULL;

执行结果

$ ./project.o 
    Test_virtual_A Init a = 57 b = 98
    Test_virtual_B Init a = 57 b = 98
    Test_virtual_C Init a = 57 b = 98
    Test_virtual_B Test_func1
    Test_virtual_C Test_func2
    Test_virtual_B Test_func3
    Test_virtual_A Test_func4
    Max is 98
    Min is 57
    ~Test_virtual_C close
    ~Test_virtual_B close
    ~Test_virtual_A close
    $